无纺织物的制造方法 本发明涉及由纤维素尤其由纤维素溶液制成的无纺织物的制造方法。
通过将纤维素在氧化胺溶剂中的溶液纺丝，然后在水或氧化胺稀水溶液中沥滤，制成随后能够切成短纤维的纤维素长丝，就可以制成纤维素纤维和长丝。挤出和凝固工艺称为溶剂纺丝，这样制成的溶剂纺丝纤维素纤维统称为莱塞尔(lyocell)。
将短纤维分裂就有可能制成低于1.0分特的小分特纤维。然而，这很昂贵，而且能耗高。
本申请的国际专利申请PCT/GB97/03391揭示了制造纤维素纤维无纺织物的方法，该纤维素织物由这样形成的纤维制成：从至少一个喷丝孔挤出纤维素溶液，并使挤出物纤维受到高速气流的作用，在一个纤维随之凝固其上的表面上收集纤维。纤维在凝固前会粘结起来，形成高度粘结的致密无纺织物。
在一些应用中，例如对于过滤材料，或者对于需要具有高保水性能的材料，不要求高度粘结的高密度织物网。
本发明提供一种制造高膨松和较低密度的纤维素无纺织物的方法。
根据本发明提供的一种制造纤维素无纺织物的方法，其中自喷丝头制成地挤出纤维受到高速气流作用，而且纤维经过一个蒸汽雾，在纤维网收集之前，该蒸汽雾至少使纤维部分凝固。
挤出纤维在气流作用下变细，而且会断裂成不定长长度。
蒸汽雾可以由任何合适的凝固剂形成。该雾优选是水雾，尽管也可以使用例如低级烷醇。方便地，可以自位于喷丝头下面的喷嘴喷出水雾。
纤维素溶液优选是纤维素在氧化胺溶剂中的溶液，一般为氧化叔N-胺，尤其为N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)。纤维素溶液可以含有4-22％(重量)聚合度为200-5000、更典型400-1000的纤维素，优选10-15％(重量)。
在优选的实施方式中，纤维素溶液含有14％(重量)的纤维素，12％(重量)的水和74％(重量)的NMMO，纤维素的聚合度约为600。
收集形成的微细纤维或原纤维，然后用水或者含有最高达20％(重量)氧化胺的氧化胺稀水溶液进一步凝固(也称为“再生”)。原纤维可以直接收集在凝固浴中，或者可以收集在一个表面上，然后进一步凝固。
优选空气或干蒸汽的气流以200-500米/秒的速度吹到挤出纤维上，该气流的温度为100-155℃，对于14-15％的纤维素浓度优选约145℃。浓液的纤维素含量越低，使用的空气温度可以越低。气流速度应当至少是从喷丝头挤出的纤维的速度的50倍，优选为该速度的1000-20000倍。空气以相对于挤出纤维纵向轴优选为15-45°、更优选约为30°的斜角导向挤出纤维。气流也可以以相对于喷丝头的第二斜角进行偏向，不使气流轴和纤维轴相叉，而使气流与挤出纤维表面相切。
纤维收集表面可以是柔软的或弹性的。纤维优选收集到一个泡沫床上，泡沫床优选浸在水中或NMMO水溶液中。
本发明也提供莱塞尔无纺织物，其中纤维粘结或缠结起来，而不需要粘合剂，织物密度不大于175克/分米3，和/或断裂伸长率至少为7％。
下面，仅利用实施例，参照附图，详细说明本发明，其中：
图1是根据本发明制造无纺织物的设备的实施方式示意图；
图2是用于图1设备中的喷丝板平面图；
图3是图2所示喷丝板的侧视图，内部通道用虚线表示；
图4是通过图2和3所示喷丝板的轴向剖面图。
图1显示了带有喷丝板11的挤出机10。含有14％(重量)纤维素、12％(重量)水和74％(重量)N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)的溶液喂入挤出机。纤维素的平均聚合度约为600。
纤维素溶液可以按WO94/28217所述方法制备。挤出机内的纤维素溶液的温度保持于95-110℃间，优选105℃，并强制通过喷丝板挤出成纤维素浓液的连续长丝。
图2和3所示的喷丝板11可以直接固定到挤出机10上，或可以固定到适配器(未示出)上，再固定在挤出机10上。喷丝板11在其背面12上带有具有螺纹的中空柱螺栓13，而且喷丝板11具有终端为喷孔15的中央通道14。喷孔直径为0.2-0.3毫米，优选约0.27毫米。
纤维素溶液在压力下强制进入通道14，并通过喷孔15挤出。喷丝板11也具有许多排气通道16，优选3个，环绕中央通道14间隔排列。每个气体通道16都相对于喷孔轴倾斜，它们环绕喷孔15环状等间距排列，使每股离开各自通道16的气流都对挤出长丝具有同样的效果。
气体通道16与喷孔的纵向轴具有15-45°、更优选30°的斜角或收敛角。通道16也是斜的，使通道16的轴不会自身会聚。气体通道的直径约为2.0毫米。喷丝板的背面12内具有环形的凹槽17，它与三个通道16的末端联通。
当喷丝板固定到挤出机上时，中央通道14与纤维素溶液喂入料相通，环形通道17与供应的气体(优选压缩空气)相连。
参见图1，压缩空气自供应源(未示出)通过流量调节阀21、流量表22、加热器23和温度感应器24，喂入到喷丝板内空气通道17中。感应器24可以与空气加热器23相连，来控制空气温度。
自喷丝板11挤出的长丝在从排气通道16出来的高速气流25作用下变细，长丝受拉伸和断裂，纤维被直接吹入凝固浴27中或者优选吹到距喷丝板11约30厘米的支撑表面26上。纤维素溶液的流量优选约0.2克/分钟。在所示实施方式中，支撑表面26为可旋转鼓28外周表面，旋转鼓28以约10转/分钟(rpm)旋转，在鼓上形成无纺织物层。
挤出长丝经过水蒸汽的细雾30，水蒸汽的细雾由位于喷丝板11下面约10厘米的气体喷雾喷嘴32喷出的水产生。
鼓表面可以用柔性材料覆盖，例如泡沫层，优选2毫米厚的平均单元尺寸为50微米的聚氨酯泡沫层。泡沫可以浸在水中或NMMO水溶液中。
在鼓28上形成无纺织物层之后，鼓28浸没在含有合适凝固剂例如水或氧化胺的稀水溶液的凝固浴27中，使鼓上的纤维素无纺织物凝固。洗涤脱除溶剂后，织物层在鼓上干燥。
表1总结了用于形成挤出长丝的各种条件。
表1样品编号 铺层方法 空气温度 (℃)空气流量 (升/秒)纤维平均直径(微米) 1干燥收集 145 2.5 7 2在湿表面上收集 148 2.3 5 3在湿表面上收集，并用水雾 147 2.3 5 4在湿表面上收集，用水雾和柔性表面 145 2.3 7
2.4升/秒的气流量约等于250米/秒的流速。
根据本发明制备了样品3和4。
表2通过厚度测量总结了网的膨松性，采用装有膜/网测试板的Mitutoyo刻度测厚仪测试厚度。因为单位重量不同，所以将厚度归一化至单位重量25克/米2。
表2 样品 编号 单位重量 (克/米2) 网厚度 (微米) 归一化的厚度 (微米/25克·米-2) 密度 (克/分米3) 1 25.3 113 112 223 2 28.3 145 128 195 3 28.0 168 150 166 4 22.5 163 181 138
可以看到，按本发明制成的样品为密度不大于170克/分米3的低密度织物。
参见样品4，泡沫有两个作用，即(a)冲击到硬收集器表面上的初生纤维在冲击时会熔合-柔性表面可移走一些冲击能量并减少粘结，(b)冲击时泡沫被压缩，包含于其孔内的凝固剂排到表面上，有助于快速再生。
为了评价力学性能，从网上切下5毫米宽的条，在Testometric PCX材料张力测试仪上，以20毫米的夹距和20毫米/分钟的十字头速度进行测量。显示绝对拉伸强力的同时，也显示归一化至单位重量25克/米2的拉伸强力，以更好地反映相对力学性能，因为它可避免单位重量的变化。
表3总结了形成于鼓26上的织物的性能。
表3样品编号归一化至25克/米2的 拉伸强力(N) 断裂伸长 (毫米) 评价 1 3.7 0.7完全断裂 2 0.2 0.85相当完全地断裂 3 0.41 1.54“断裂”后样品仍保持完整性 4 0.09 2.5“断裂”后样品仍保持完整性
对于样品2、3和4，由于鼓表面部分浸在凝固浴中，因此鼓表面湿润，与湿鼓接触或先前铺设的纤维发生进一步的凝固。
对于样品1，鼓表面是干燥的，织物在鼓上形成之后进行再生。
通过蒸汽雾后在鼓上收集的样品3和4，显然具有较低的拉伸强力，但断裂伸长较大。并且在断裂点之后，仍然保持部分完整性。这些高膨松性材料适用作过滤器和高吸收材料。
虽然本发明描述了含有14％纤维素的纤维素溶液的变细，但本发明也可应用于其他的溶液，例如在PCT/GB97/03391中描述的溶液，其内容引入本发明中以供参考。